Née à Chicago, Robin Tunney s’est installée à Los Angeles à 18 ans pour y mener une carrière d’actrice. Elle a joué dans des films comme Open Window de Mia Goldman, Cherish de Finn Taylor, Empire Records d’Allan Moyle, Dangereuse Alliance et Espion mais pas trop d’Andrew Fleming, La fin des Temps de Peter Hyams, Vertical Limit de Martin Campbell, et Investigating Sex et The secret lives of dentists d’Alan Rudolph.
La prestation de Robin Tunney dans le film de Bob Gosse Niagara, avec Henry Thomas, lui a valu le Prix d’interprétation au Festival de Venise 1997 et une citation à l’Independent Spirit Award.
Elle est actuellement sur le petit écran dans la série Prison Break.